聚酰胺(PA)是以已內(nèi)酰胺、脂肪羧酸、脂肪胺或芳香族二元酸、芳香族二元胺為原料合成,主鏈上含有酰胺基團(—NHCO—)的結(jié)晶性高分子化合物,作為工程塑料的PA分子量在(1.5~3)×104左右。PA具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐磨性和耐高溫性,所以是用途最為廣泛的工程塑料之一。但是,由于分子結(jié)構(gòu)中含有極性的親水基團,所以對尼龍制品的尺寸穩(wěn)定性以及力學(xué)性能有很大影響。目前,可用纖維增強,降低樹脂的吸水率,使其能在高溫、高濕的條件下工作。
一、吸水性對尼龍性能影響機理
由于尼龍的分子鏈結(jié)構(gòu)規(guī)整,是一類結(jié)晶性的高分子化合物,晶格的存在束縛了分子鏈的運動,所以強度較高。此外,分子鏈中含有的極性酰胺基團,能夠在分子鏈之間形成氫鍵,使分子鏈之前的作用力增大,進一步限制了分子鏈?zhǔn)芡饬r的滑移,所以具有較高的力學(xué)強度和模量。
并且,隨著聚酰胺分子鏈中酰胺基密度的增加、分子鏈對稱性的增強以及結(jié)晶度的提高,其力學(xué)強度也進一步提高。
1、分子鏈間作用力降低
但是,正因為尼龍分子鏈中含有極性酰胺基團,所以可以與環(huán)境中的水分子形成氫鍵,這樣會使分子鏈的規(guī)整度降低、分子鏈之間的氫鍵數(shù)減少,導(dǎo)致分子鏈之間的作用力降低。
所以,在受到外力時,分子鏈之間可以通過運動來消耗外界的能量,所以材料的拉伸強度、彎曲強度以及模量會有一定程度的降低,制品的尺寸穩(wěn)定性也會大幅降低。但是伸長率和沖擊強度會有提高。
2、分子鏈部分水解
在熔融狀態(tài)下,如果有水分的存在,會引起聚酰胺大分子鏈的水解,從而導(dǎo)致相對分子質(zhì)量的降低。因為高分子化合物的機械性能和分子料子一定范圍內(nèi)是正比關(guān)系,所以分子鏈降解,制品的力學(xué)性能會出現(xiàn)下降。
此外,成型過程中,水分的存在還會導(dǎo)致制品表面出現(xiàn)氣泡、銀絲和斑紋等缺陷。因此,成型前必須充分干燥。
二、吸水率對尼龍力學(xué)性能的影響
經(jīng)測試對比,水對尼龍的拉伸、彎曲強度,以及模量都有一定程度的降低,而伸長率和沖擊強度則有提高。
對比各種尼龍在干濕在兩種狀態(tài)下的斷裂拉升強度,脂肪族尼龍吸水后拉伸強度降低幅度較,其中PA46的降幅在40%左右,而芳香族尼龍PAMXD-6的降幅在10%左右。
所以,對于尼龍制品來說,不僅在成型過程中需要進行考慮吸濕性問題,使用過程中,特別是高溫、高濕的環(huán)境中也得考慮吸水率的問題。目前,玻纖增強尼龍可以明顯改性制品的吸濕性,可使尼龍制品應(yīng)用于高溫、高濕的環(huán)境中。
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